확장 칼만 필터를 이용한 불완전 구속된 케이블 구동 병렬 로봇의 슬라이딩 모드 제어

Abstract

케이블 구동 병렬 로봇(Cable-Driven Parallel Robot)은 일반적인 다관절 로봇에 사용되는 강체 링크 대신 케이블을 이용하여 엔드이펙터의 위치와 방향을 제어하는 방식이다. 케이블 구동 병렬 로봇은 강체 링크에 비해 케이블은 무게가 작고 상대적으로 무거운 물체를 빠르게 움직일 수 있으며, 넓은 작업공간을 가질 수 있다. 반면에 케이블 구동 병렬 로봇은 케이블의 강성, 처짐 현상 때문에 정확도가 떨어지고, 특히 불완전 구속된 케이블 구동 병렬 로봇(Under-Constrained Cable-Driven Parallel Robot)은 외부 충격, 진동 등의 영향에 취약한 단점이 있다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 4개의 케이블을 가진 케이블 구동 병렬 로봇에 비선형 강인 제어 중 하나인 슬라이딩 모드 제어를 적용하였다. 슬라이딩 모드 제어에서는 슬라이딩 평면의 차원과 시스템 입력 차원이 일치해야 하지만 불완전 구속된 케이블 구동 병렬 로봇은 엔드이펙터의 자유도가 입력 차원보다 많기 때문에 일반적인 슬라이딩 평면을 통한 제어가 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위해 엔드이펙터의 위치와 방향의 오차를 동시에 고려하면서 슬라이딩 평면의 차원과 시스템 입력의 차원이 일치되는 계층 슬라이딩 평면을 제안한다. 제안된 슬라이딩 평면에 필요한 엔드이펙터의 위치는 칼만 필터를 이용하여 추정하였으며, 제안한 방법의 성능을 확인하기 위해 시뮬레이션을 수행하였다.